1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Радиационная биология. Радиоэкология
  4. T. 63, № 2, 2023

Радиационная биология. Радиоэкология, 2023, T. 63, № 2, стр. 146-156

КИНЕТИКА ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН КАК ИНФОРМАТИВНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ АБК-МУТАНТНЫХ ЛИНИЙ Arabidopsis thaliana)

Е. В. Бондаренко 1, *, Д. Д. Бабина 1, М. Ю. Подобед 1, А. С. Миценык 1, П. Ю. Волкова 1

1 Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии
Обнинск, Россия

* E-mail: bev_1408@mail.ru

Поступила в редакцию 01.07.2022
После доработки 14.12.2022
Принята к публикации 21.12.2022

Аннотация

Проведен анализ динамики прорастания семян модельного растения Arabidopsis thaliana после воздействия γ-излучения в дозах 50, 100 и 150 Гр. Объектами исследования выбраны линии: abi3-8 с мутацией в гене ABI3 и со сниженной чувствительностью к природной форме абсцизовой кислоты и генотип aba3-1 с мутацией в гене ABA3 и пониженным уровнем эндогенной абсцизовой кислоты. В качестве контроля использован дикий тип Col-8. Для изучения влияния γ-излучения на различные аспекты прорастания семян (всхожесть, время и скорость прорастания, синхронность прорастания партии семян) проведена оценка кинетики прорастания при помощи пакета Germinationmetrics для среды программирования R. Контрольные и облученные семена (источник излучения – 60Co) выращивали на питательной среде Мурасиге–Скуга половинной концентрации в контролируемых условиях. Прорастание оценивали в течение первых 6 сут после переноса в фитотрон по разрыву эндосперма и появлению корешка. Всего проведены три независимых эксперимента с тремя биологическими повторностями в каждом. Отмечено более выраженное влияние γ-излучения в дозе 150 Гр на все исследуемые генотипы. Кластеризация всхожести показала, что распределение процента прорастания семян по дням больше зависит от генотипа, чем от дозы воздействия. Лучшие показатели всхожести, скорости и временного интервала между прорастанием 10 и 90% семян отмечены у необлученных семян линии abi3-8. Полученные результаты и сравнительный анализ с ранее опубликованными данными позволяют утверждать, что оценка кинетики прорастания при помощи пакета Germinationmetrics для R – наглядный и достаточно информативный инструмент для изучения влияния ионизирующего излучения и иных абиотических факторов на различные аспекты прорастания семян.

Ключевые слова: Arabidopsis thaliana, кинетика прорастания, γ-излучение, абсцизовая кислота

Список литературы

  1. Verma V., Ravindran P., Kumar P. Plant hormone-mediated regulation of stress responses // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. Art. 86. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0771-y

  2. Finkelstein R., Reeves W., Ariizumi T. et al. Molecular aspects of seed dormancy // Ann. Rev. Plant Biol. 2008. V. 59. № 1. P. 387–415. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092740

  3. Nambara E., Nambara E., McCourt P. et al. A regulatory role for the ABI3 gene in the establishment of embryo maturation in Arabidopsis thaliana // Development. 1995. V. 121. № 3. P. 629–636. https://doi.org/10.1242/dev.121.3.629

  4. Lopez-Molina L., Mongrand S., McLachlin D.T. et al. ABI5 acts downstream of ABI3 to execute an ABA-dependent growth arrest during germination // Plant J. 2002. V. 32. № 3. P. 317–328. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.2002.01430.x

  5. Watanabe S., Sato M., Sawada Y. et al. Arabidopsis molybdenum cofactor sulfurase ABA3 contributes to anthocyanin accumulation and oxidative stress tolerance in ABA-dependent and independent ways // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 16592. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34862-1

  6. Eckert M., Kaldenhoff R. Light-induced stomatal movement of selected Arabidopsis thaliana mutants // J. Experim. Bot. 2000. V. 51. № 49. P. 1435–1442. https://doi.org/10.1093/jexbot/51.349.1435

  7. Xiong L., Ishitani M., Lee H. et al. The Arabidopsis LOS5/ABA3 Locus Encodes a Molybdenum Cofactor Sulfurase and Modulates Cold Stress- and Osmotic Stress-Responsive Gene Expression // Plant Cell. 2001. V. 13. № 9. P. 2063–2083. https://doi.org/10.2307/3871428

  8. Llorente F., Oliveros J.C., Martinez-Zapater J.M. et al. A freezing-sensitive mutant of Arabidopsis, frs1, is a new aba3 allele // Planta. 2000. V. 211. № 5. P. 648–55. https://doi.org/10.1007/s004250000340

  9. Barrero J.M., Piqueras P., Gonzalez-Guzmán M. et al. A mutational analysis of the ABA1 gene of Arabidopsis thaliana highlights the involvement of ABA in vegetative development // J. Exp. Bot. 2005. V. 56. № 418. P. 2071–2083. https://doi.org/10.1093/jxb/eri206

  10. Nakashima K., Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development // Plant Cell Rep. 2013. V. 32. № 7. P. 959–970. https://doi.org/10.1007/s00299-013-1418-1

  11. Duarte G.T., Volkova P., Geras’kin S. The response profile to chronic radiation exposure based on the trans-criptome analysis of Scots pine from Chernobyl affec-ted zone // Environ. Pollut. 2019. V. 250. P. 618–626. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.04.064

  12. Cutler S.R., Rodriguez P.L., Finkelstein R.R. et al. Abscisic acid: emergence of a core signaling network // Ann. Rev. Plant Biol. 2010. V. 61. № 1. P. 651–679. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112122

  13. Bitarishvili S.V., Volkova P.Y. & Geras’kin S.A. γ-Irradiation of Barley Seeds and Its Effect on the Phytohormonal Status of Seedlings // Russ. J. Plant Physiol. 2018. V. 65. P. 446–454. https://doi.org/10.1134/S1021443718020024

  14. Aravind J., Vimala D.S., Radhamani J. et al. Germinationmetrics: Seed Germination Indices and Curve Fitting. R package version 0.1.3. 2019. Available at: https://github.com/aravind-j/germinationmetricshttps://cran.r-project.org/package=germinationmetrics. Accessed May 25, 2021.

  15. R Core Team, 2021. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available at: https://www.R-project.org/. Accessed May 25, 2021.

  16. Nambara E., Suzuki M., Abrams S. et al. A screen for genes that function in abscisic acid signalling in Arabidopsis thaliana // Genetics. 2002. V. 161. № 3. P. 1247–1255. https://doi.org/10.1093/genetics/161.3.1247

  17. Leon-Kloosterziel K.M., Gil M.A., Ruijs G.J. et al. Isolation and characterization of abscisic acid-deficient Arabidopsis mutants at two new loci // Plant J. 1996. V. 10. № 4. P. 655–661. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.1996.10040655.x

  18. El-Kassaby Y.A., Moss I., Kolotelo D. et al. Seed germination: Mathematical representation and parameters extraction // Forest Sci. 2008. V. 54. P. 220–227. https://doi.org/10.1093/forestscience/54.2.220

  19. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести (с Изменениями N 1, 2). [GOST 12038-84. Agricultural seeds. Methods for determination of germination (In Russ.]

  20. ГОСТ 20290-74. Семена сельскохозяйственных культур. Определение посевных качеств семян. Термины и определения. [GOST 20290-74. Seeds of crops. Determination of seed sowing quality. Terms and definitions (In Russ.)]

  21. Czabator F.J. Germination value: An index combining speed and completeness of pine seed germination // Forest Sci. 1962. V. 8. P. 386–396.

  22. Thomson A., El-Kassaby Y. Interpretation of seed-germination parameters // New Forests. 1993. V. 7. P. 123–132. https://doi.org/10.1007/BF00034195

  23. Nambara E., Naito S., McCourt P. A mutant of Arabidopsis which is defective in seed development and sto-rage protein accumulation is a new abi3 allele // Plant J. 1992. V. 2. № 4. P. 435–441. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.1992.00435.x

  24. Park J., Lee N., Kim W. et al. ABI3 and PIL5 collaboratively activate the expression of SOMNUS by directly binding to its promoter in imbibed Arabidopsis seeds // Plant Cell. 2011. V. 23. № 4. P. 1404–1415. https://doi.org/10.1105/tpc.110.080721

  25. Babina D., Podobed M., Bondarenko E. et al. Seed Gamma Irradiation of Arabidopsis thaliana ABA-Mutant Lines Alters Germination and Does Not Inhibit the Photosynthetic Efficiency of Juvenile Plants // Dose-Response. 2020. P. 1–13. https://doi.org/10.1177/1559325820979249

  26. Chan Z. Expression profiling of ABA pathway trans-cripts indicates crosstalk between abiotic and biotic stress responses in Arabidopsis // Genomics. 2012. V. 100. P. 110–115. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2012.06.004

  27. Plessis A., Cournol R., Effroy D. et al. New ABA-hypersensitive Arabidopsis mutants are affected in loci mediating responses to water deficit and Dickeya dadantii infection // PLoS One. 2011. V. 6. № 5. P. e20243. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0020243

  28. Schwartz S.H., Leon-Kloosterziel K.M., Koornneef M. et al. Biochemical characterization of the aba2 and aba3 mutants in Arabidopsis thaliana // Plant Physiol. 1997. V. 114. P. 161–166.

  29. Kader M. A comparison of seed germination calculation formulae and the associated interpretation of resulting data // J. & Proc. Royal Society of New South Wales. 2005. V. 138. P. 65–75.

  30. Talská R., Machalová J., Smýkal P., Hron K. A compa-rison of seed germination coefficients using functional regression // Appl Plant Sci. 2020. V. 8. № 8. P. e11366. https://doi.org/10.1002/aps3.11366

  31. Szklarczyk D., Gable A.L., Lyon D. et al. STRING v11: protein-protein association networks with increased coverage, supporting functional discovery in genome-wide experimental datasets // Nucl. Acids Res. 2019. V. 8. № 47 (D1). P. D607–D613. https://doi.org/10.1093/nar/gky1131

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Радиационная биология. Радиоэкология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал